Научные эксперименты. За ответами в космос - Александр Яровитчук Страница 8

лазеров. Правда, первые из них от нагрузки взрывались, один – прямо на глазах главного конструктора. На Gemini‐7 в 1965 году была специальная установка – астронавт Джеймс Ловелл должен был диктовать числа, которые преобразовывались в световые пучки и отправлялись на Землю, но полноценно провести эксперимент не удалось из-за облачности. Следующую попытку предприняли только в 1992 году. Шаттл Discovery STS‐53 отправлял на Землю калибровочные послания. Недавний эксперимент на МКС по лазерной связи назывался «СЛС‐2». Тогда удалось разогнать сеть до 1,8 Гбайт/с.

На сегодняшний день рекорд скорости передачи с помощью лазера составляет 250 Мбит/с с расстояния 31 миллион километров. Его установила межпланетная станция «Психея». На Земле этот тип связи набирает обороты, как и оптоволокно. Есть на МКС и Wi-Fi, Bluetooth, NFC, 3G, LTE, и несколько новых технологий, таких как VSAT, WiGig и т. д.

Спутники доказали, что могут стать основой нового направления в связи. Чтобы передать информацию за горизонт и таким образом «побороть» кривизну Земли, ставят многочисленные вышки с устройствами, которые принимают сигнал и передают его по цепочке. Чем дальше от поверхности расположены так называемые ретрансляторы, тем дальше они могут передавать сигнал. А что если они будут в космосе? Тогда можно значительно упростить и удешевить весь комплекс. Идея появилась еще до запуска первого спутника, но возникла проблема: аппарат на орбите не может остановиться. Так называемая геостационарная орбита располагается на высоте 36 тысяч километров. Двигаясь по ней, спутник делает один оборот вокруг планеты за 24 часа, то есть за время оборота Земли вокруг своей оси. При таком синхронном движении космический аппарат всегда будет находиться над одной и той же точкой Земли. Запустить на геостационарную орбиту тяжелое оборудование просто не получится.

Первые эксперименты были нацелены на создание пассивных отражателей. Например, спутник Echo 1 представлял собой воздушный шар, который запускался в сложенном виде, а на орбите надувался до размеров 30 метров – радиоволны отражались от него и возвращались на Землю, но на большое расстояние от места отправки. Эксперимент прошел удачно, но длился пару минут, да и не каждый приемник мог поймать ослабевшую волну.

Первый геостационарный спутник назывался Syncom 2, его масса составляла всего 25 килограммов, а мощность передатчика – два Вт. Он мог ретранслировать только один телефонный звонок за раз. С помощью этого космического аппарата президент США Джон Кеннеди пообщался с премьер-министром Нигерии Абубакару Тафаве Балеве, когда они были за 13 000 км друг от друга.

Пока разрабатывались более легкие ретрансляторы, на низкие орбиты стали запускать спутники, их принцип работы напоминал работу почты. Первым был космический аппарат «Стрела». Он принимал сигнал из точки, над которой пролетал, и записывал его в бортовую память. Пролетая над точкой приема, он отправлял послание получателю. Поскольку один оборот вокруг Земли у космического аппарата занимает 90 минут, доставка сообщения получится достаточно быстрой. Если вывести на орбиту несколько аппаратов, которые могут передавать информацию друг другу, время ожидания можно свести к минимуму. Современная технология такого типа с несколькими тысячами спутников Starlink обеспечивает доступ к высокоскоростному широкополосному интернету. Менее известны спутники OneWeb, «Скиф», а также Iridium и «Гонец» для телефонной связи.

Пока спутники полноценно не добрались до геостационарной орбиты, революцию в телевизионном вещании совершил космический аппарат «Молния‐1». Для него рассчитали особую орбиту, названную в честь аппарата. Спутник совершает один оборот за 12 часов по очень вытянутой орбите, причем 10 часов из них он пролетает над одним полушарием и ретранслирует сигнал. За остальные два часа «Молния‐1» пробегает над другим полушарием, и тогда снова можно проводить трансляцию. Плюсом этой системы был тот факт, что наклоненная орбита могла проходить к северным широтам, в то время как геостационарные спутники могут летать только над экватором. По спутнику «Молния‐1» впервые провели трансляцию телевизионного сигнала, и жители Владивостока смогли посмотреть парад в Москве 1 мая 1965 года. Это был успех. К началу 1968 года количество зрителей центрального телевидения выросло на 20 миллионов человек.

В 1974 году модификация «Молния‐1С» добралась до геостационарной орбиты, и с той поры число спутников связи и их возможности начали расти в геометрической прогрессии. Это самый прибыльный и важный сегмент космонавтики. Спутники отвечают не только за радио, телевидение, телефонную связь и интернет, но и за дистанционный контроль производственных процессов (например, управление буровыми платформами) и глобальное объединение коммуникаций (например, транснациональные платежные системы).

Но вернемся к другим космическим технологиям.

Важно было не только то, что внутри, но и то, что снаружи ракеты-носителя. Сопротивление воздуха – один из главных факторов, мешающих лететь в космос. Молекулы воздуха натыкаются на корпус, трутся о него, одним словом – тормозят. Чтобы было легче двигаться, ракеты-носители должны быть обтекаемой формы. Инженеры смогли превратить проблему в преимущество. Элементы ракеты-носителя, выдвигаясь, изменяют силу сопротивления с одной стороны. Таким образом осуществляются повороты и контролируются направление и скорость движения.

Но чтобы заранее знать, как поведет себя ракета-носитель, на Земле создаются устройства для испытаний, в частности, аэродинамическая труба. Естественно, на обтекаемость можно проверить и другие вещи. Например, благодаря моделированию и испытаниям удалось создать новый плавательный костюм. В 2008 году спортсмены, выступавшие в таких костюмах, побили 13 мировых рекордов. Эту методику используют и гонщики, и другие спортсмены, а также инженеры-конструкторы автомобилей, самолетов и лодок. Немаловажными и даже обязательными стали испытания высоких сооружений. Например, монумент на Поклонной горе из-за сильного ветра сильно шатался. После исследования в аэротрубе ученые нашли решение – добавить несколько отверстий, которые рассекали бы потоки воздуха и таким образом гасили колебания.

После создания ракеты-носителя встал вопрос, что и как будет летать в космосе.

Для начала нужно было найти источник энергии. Первый спутник – знаменитый советский шар с четырьмя антеннами – передавал на Землю радиосигналы. Он использовал аккумуляторы, но нельзя рассчитывать, что стандартная батарейка, работающая на химической реакции цинка и соляной кислоты в условиях перепада температур от +150 до –150 °C проработает долго. Для спутника создали новый аккумулятор, в котором использовались оксид серебра и соляная кислота. Идея оказалась удачной, и мир слушал сигналы советского аппарата и вдохновлялся ими две недели.

Эти новые аккумуляторы стали делать для особых задач в сложных условиях. Они хорошо зарекомендовали себя на полюсе и в горах. Но сразу было понятно, что для более сложных космических задач такого аккумулятора не хватит. Единственный возможный источник энергии – Солнце.

Задолго до того как инженеры задумались о постройках ракет, фантасты предлагали создать механизм для нагревания воды. Испаряясь, вода увеличивала бы